(57)【要約】【課題】流量抑制を行うことなく断熱膨張による水素の温度降下を抑制することができる高圧水素貯蔵システムを提供する。【解決手段】高圧水素貯蔵システムは、燃料電池３０による水素と酸素との発電反応によって生成されたドレン水を、減圧弁７よりも上流側における水素供給流路に設けられた熱交換装置１１に取り込み、減圧弁７よりも上流側における水素供給流路を流れる水素とドレン水とを熱交換装置１１によって直接気液接触させて熱交換する。【選択図】図２
2007299675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯蔵した燃料ガスを燃料電池に供給する燃料ガス供給システムにおいて、
外部から充填された燃料ガスを高圧で貯蔵するタンクと、
前記タンクの供給口から供給されて燃料供給流路を流れる燃料ガスの圧力を所定圧力に減圧する減圧弁と、
前記燃料電池による燃料ガスと酸素との発電反応によって生成されたドレン水を取り込み、前記減圧弁よりも上流側における前記燃料供給流路を流れる燃料ガスと前記ドレン水とを直接気液接触させて熱交換する熱交換装置とを備えること
を特徴とする燃料ガス供給システム。
【請求項２】
前記熱交換装置は、ドレン水内に燃料ガスを噴射する噴射口を有し、
前記噴射口は、所望の燃料ガス気泡径よりも小さい径からなる複数の孔から燃料ガスを噴射させるものであること
を特徴とする請求項１記載の燃料ガス供給システム。
【請求項３】
前記熱交換装置は、ドレン水内に燃料ガスを噴射する噴射口を有し、
前記噴射口は、前記ドレン水内で燃料ガス気泡の旋回流を発生させるように複数設けられていること
を特徴とする請求項１記載の燃料ガス供給システム。
【請求項４】
前記熱交換装置は、
ドレン水を前記燃料供給流路に導くためのポンプと、
前記燃料電池側へのドレン水の逆流を防止するための第１の逆止弁と、
ドレン水と燃料ガスとを気液接触させて熱交換する熱交換器と、
前記熱交換器内に注水されたドレン水の液位を検出する液位計と、
前記第１の逆止弁と前記熱交換器とを接続する流路を流れるドレン水の温度を検出する第１の温度センサと、
前記熱交換器内のドレン水の温度を検出する第２の温度センサと、
前記燃料供給流路における前記熱交換器の上流側及び下流側を流れる燃料ガスの温度をそれぞれ検出する第３及び第４の温度センサと、
前記熱交換器のドレン水排水口の圧力を排水圧まで減圧する第２の減圧弁と、
前記熱交換器側へのドレン水の逆流を防止するための第２の逆止弁と、
前記熱交換器による熱交換の不要時に当該熱交換器をバイパスしてドレン水を排水するための第１の三方弁と、
前記熱交換器による熱交換の不要時に当該熱交換器をバイパスして燃料ガスを前記燃料電池に供給するための第２の三方弁とを有すること
を特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項記載の燃料ガス供給システム。
【請求項５】
前記第２の温度センサによって検出されたドレン水の温度と前記第４の温度センサによって検出された燃料ガスの温度との差分と、前記第１の温度センサによって検出されたドレン水の温度と前記第３の温度センサによって検出された燃料ガスの温度との差分とに基づいて求められる対数平均温度差ΔＴと、前記熱交換装置における熱通過率Ｋ及び伝熱面積Ａとに基づいて、前記第４の温度センサによって検出された燃料ガスの温度を目標温度にするために当該熱交換装置によって必要な熱交換量Ｑを算出する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記熱交換量Ｑに応じて、前記熱交換器内におけるドレン水の液位が目標液位に到達するとともに、前記第４の温度センサによって検出された燃料ガスの温度が前記目標温度に到達するまで、前記熱交換器に燃料ガスが供給されるように前記第２の三方弁及び／又は前記ポンプを制御すること
を特徴とする請求項４記載の燃料ガス供給システム。
【請求項６】
貯蔵した燃料ガスを燃料電池に供給する燃料ガス供給システムにおいて、
外部から充填された燃料ガスを高圧で貯蔵するタンクの供給口から供給されて燃料供給流路を流れる燃料ガスの圧力を、減圧弁によって所定圧力に減圧して前記燃料電池に供給し、
前記燃料電池による燃料ガスと酸素との発電反応によって生成されたドレン水を、前記減圧弁よりも上流側における前記燃料供給流路に設けられた熱交換装置に取り込み、
前記減圧弁よりも上流側における前記燃料供給流路を流れる燃料ガスと前記ドレン水とを前記熱交換装置によって直接気液接触させて熱交換すること
を特徴とする燃料ガス供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスを貯蔵し、貯蔵した燃料ガスを所定の供給先に供給する燃料ガス供給システムに関し、特に、燃料電池車両に搭載可能な燃料電池システムに適用される燃料ガス供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池の燃料極（水素極）に水素を多量に含む燃料ガスを供給するとともに、空気極に酸化剤ガスとしての空気を供給し、所定の電解質膜を介してこれら水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得る燃料電池システムが知られている。このような燃料電池システムは、例えば車両の動力源等としての実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池システムに用いられる燃料電池としては、例えば車両に搭載する上で好適なものとして、固体高分子タイプのものが知られている。この固体高分子タイプの燃料電池は、水素極と空気極との間に電解質膜として固体高分子電解質膜が設けられたものである。この固体高分子タイプの燃料電池においては、水素極にて水素ガスが水素イオンと電子とに分離する反応が生じ、空気極にて酸素ガスと水素イオンと電子とから水を生成する反応が行われる。このとき、固体高分子電解質膜がイオン伝導体として機能し、水素イオンは固体高分子電解質膜を空気極に向かって移動することになる。
【０００４】
このような燃料電池システムを動力源として用いる燃料電池車両においては、燃料ガスとしての水素を高圧貯蔵タンクから燃料電池に供給する。ここで、燃料電池車両においては、燃料電池に水素を供給する際に、当該水素の温度が流量に依存し、流量が大きくなるほど断熱膨張によって温度の降下量も大きくなることから、規定温度範囲を下回る場合には、流量を抑制することが行われている（例えば、特許文献１等参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２０６８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の燃料電池車両においては、運転時に供給水素の規定温度範囲を下回らないように流量抑制運転を行っていたことから、当該燃料電池車両としての出力が低下し、十分な走行性能を維持することができないという問題があった。また、従来の電磁遮断弁発熱利用方式のシステムにおいては、高負荷運転時等の場合には、その効果が不十分な場合が生じていた。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、流量抑制を行うことなく断熱膨張による水素の温度降下を抑制することができる燃料ガス供給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる燃料ガス供給システムは、燃料電池による燃料ガスと酸素との発電反応によって生成されたドレン水を、減圧弁よりも上流側における燃料供給流路に設けられた熱交換装置に取り込み、減圧弁よりも上流側における燃料供給流路を流れる燃料ガスとドレン水とを熱交換装置によって直接気液接触させて熱交換することにより、上述の課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ドレン水を利用して燃料ガスを加熱及び加湿することができるため、断熱膨張による燃料ガスの温度降下を抑制することができる。したがって、本発明にかかる燃料ガス供給システムにおいては、流量抑制運転や燃料ガスの供給停止動作を行う必要がなくなり、出力低下を防止することを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
この実施の形態は、例えば燃料電池車両に搭載され、当該車両を走行させるための駆動トルクを発生させる燃料電池システムにおいて、燃料ガスとしての水素を貯蔵し、貯蔵した水素を、発電装置としての燃料電池に供給する燃料ガス供給システムとしての高圧水素貯蔵システムである。
【００１１】
［高圧水素貯蔵システムの構成］
高圧水素貯蔵システムは、図１に示すように、充填カプラ１を介して図示しない水素ステーションから充填された水素を高圧で貯蔵するタンク２を備える。このタンク２には、充填カプラ１から延在する水素供給流路が接続される充填口に逆止弁３が取り付けられるとともに、図示しない燃料電池への水素供給流路が接続される供給口に遮断弁４が取り付けられている。高圧水素貯蔵システムにおいては、逆止弁３によって充填水素の逆流が防止されるとともに、遮断弁４によって閉止されることにより、タンク２の内部に例えば３５ＭＰａ程度の高圧で水素が貯蔵される。また、高圧水素貯蔵システムにおいては、タンク２の内部に貯蔵された水素温度が高温になる事態が発生したときに当該タンク２の破裂を防止するために、所定温度で溶解する溶栓弁５を当該タンク２に取り付けている。
【００１２】
このようなタンク２の内部に貯蔵された水素は、コントローラ２０の制御のもとに、燃料電池への水素供給流路に設けられた遮断弁４，６を開弁することによって燃料電池に供給される。ここで、高圧水素貯蔵システムにおいては、これら遮断弁４，６の間に、いわゆるダイアフラム式やピストン式といった大気圧を基準圧としたゲージ圧制御を行う機械式の構造からなる減圧弁７を設けている。
【００１３】
このような高圧水素貯蔵システムにおいては、大気導入流路を介して減圧弁７に大気を導入し、水素供給流路を流れる水素の圧力を例えば０．９ＭＰａ程度の所定圧力に減圧した上で、コントローラ２０の制御のもとに、遮断弁６の下流に設けられた電気式圧力調整弁８を介して水素を燃料電池に供給する。このとき、高圧水素貯蔵システムにおいては、コントローラ２０の制御のもとに、電気式圧力調整弁８を作動させて水素供給流路の断面積を変化させることによって流路抵抗を変化させ、必要な流量の水素を燃料電池に供給する。なお、高圧水素貯蔵システムにおいては、減圧弁７の上流側及び下流側のそれぞれに圧力センサ９，１０を設け、コントローラ２０によって当該減圧弁７の上流側及び下流側における水素の供給圧力を検出している。
【００１４】
ここで、タンク２から供給される水素は、断熱膨張のため時間と流量とに比例して温度降下し、例えば−４０℃〜常温程度の温度を呈することになる。そこで、高圧水素貯蔵システムにおいては、遮断弁４と圧力センサ９との間に熱交換装置１１を設けるとともに、遮断弁６と電気式圧力調整弁８との間にヒータ１２を設けている。高圧水素貯蔵システムにおいては、これら熱交換装置１１及びヒータ１２を用いて、タンク２から供給される過程で断熱膨張によって降下した水素の温度を上昇させる。
【００１５】
なお、熱交換装置１１は、後に詳述するが、水素を加熱及び加湿する構造とされる。燃料電池においては、その内部の反応膜が常に加湿及び加温されていることが、発電効率を維持するために必要である。そのため、高圧水素貯蔵システムにおいては、かかる熱交換装置１１を用いて水素を加熱及び加湿することにより、燃料電池の発電効率を効果的に維持することが可能となる。また、ヒータ１２は、ロングライフクーラントによって水素を加熱するタイプのものとすることにより、燃料電池の水素入口における水分を確保し、水素循環系内の液水の凝縮量を低減することができる。
【００１６】
なお、タンク２の下流における部品温度は、耐熱温度がシール剤の下限界値である−４０℃程度であるため、熱交換装置１１は、減圧弁７の上流側である高圧部に設ける。一方、高圧水素貯蔵システムにおいては、ヒータ１２を減圧弁７よりも上流側である高圧部に設けた場合には、その耐圧仕様上、当該ヒータ１２の仕様が過剰となることから、システム全体の規模が増大してしまう。そのため、ヒータ１２は、減圧弁７よりも下流側に設けるのが望ましい。
【００１７】
［熱交換装置の構成］
さて、熱交換装置１１は、図２に示すように、水素を多量に含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとしての空気とを用いて発電する燃料電池３０から排水されてドレンタンク３１に貯留されたドレン水を、所定のフィルタ３２を介して取り込む構造とされる。なお、ドレンタンク３１には、温度センサ３３と、液位計３４とが設けられ、ドレン水の温度と液位とが逐次検出される。
【００１８】
ここで、燃料電池３０は、発電反応を発生させるための水素を多量に含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとしての空気が供給されることによって発電するものであり、高圧水素貯蔵システムにおける電気式圧力調整弁８を介して水素が供給される。
【００１９】
この燃料電池３０に供給される水素は、予めヒータ１２で加熱され、加熱された水素は、空気に含まれる酸素と発電反応によって結合する。この結果、燃料電池３０からは、水が生成され、例えば６０℃〜７０℃程度のドレン水として排水される。従来においては、このドレン水は、排水処理されていたが、高圧水素貯蔵システムにおいては、このドレン水を熱交換装置１１に注水する。
【００２０】
具体的には、熱交換装置１１は、ドレンタンク３１に貯留されたドレン水を高圧水素供給流路に導くためのポンプ５１と、燃料電池３０側へのドレン水の逆流を防止するための逆止弁５２と、ドレン水と水素とを気液接触させて熱交換する熱交換器５３と、この熱交換器５３内に注水されたドレン水の液位を検出する液位計５４と、ドレン水の温度を検出するために逆止弁５２と熱交換器５３とを接続する流路に設けられた温度センサ５５と、熱交換器５３内のドレン水の温度を検出する温度センサ５６と、熱交換器５３による熱交換前後の水素の温度を検出するために水素供給流路における当該熱交換器５３の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた温度センサ５７，５８と、熱交換器５３のドレン水排水口の圧力を排水圧まで減圧する減圧弁５９と、熱交換器５３側へのドレン水の逆流を防止するための逆止弁６０と、熱交換器５３による熱交換の不要時に当該熱交換器５３をバイパスしてドレン水を排水するための三方弁６１と、熱交換器５３による熱交換の不要時に当該熱交換器５３をバイパスして水素を燃料電池３０に供給するための三方弁６２とを有する。
【００２１】
ここで、熱交換器５３は、水素ノズル等を用いてドレン水内に水素を供給し、これら水素とドレン水とを直接気液接触させることにより、水素を加熱及び加湿する構造とされる。具体的には、熱交換器５３としては、ドレン水内に供給する水素の接触面積（伝熱面積）を大きくして伝熱促進を図るために、例えば図３に示すように、ドレン水内に噴射口としてのコーン状の水素ノズル５３ａを用いて水素を噴射することにより、水素気泡の形態でドレン水と接触させるタイプのものを用いるのが望ましい。このタイプの熱交換器５３においては、所望の水素気泡径よりも小さい径からなる複数の孔から水素を噴射させる水素ノズル５３ａを用いることにより、水素気泡の個数を多くするとともに、その気泡径を小さくすることができることから、伝熱面積の増大化を図ることができる。
【００２２】
また、熱交換器５３としては、例えば図４に示すように、当該熱交換器５３内で水素気泡の気液二相旋回流を発生させるように当該熱交換器５３の円筒状の筐体周面に複数の水素ノズル５３ｂを設け、これら複数の水素ノズル５３ｂからドレン水内に水素を噴射するタイプのものを用いることもできる。このタイプの熱交換器５３においては、水素気泡数の増大化及び水素気泡径の低減化という効果に加え、乱流撹拌作用によってドレン水と水素気泡とを円滑に混合させることができるとともに、旋回流を発生させることによって熱交換時間を増大させることができるという効果を得ることができる。
【００２３】
このような熱交換装置１１においては、ドレンタンク３１に貯留されたドレン水を取り込むと、三方弁６１及び逆止弁５２を介して、熱交換器５３にドレン水が注水される。このとき、熱交換装置１１においては、コントローラ２０の制御のもとに、必要な熱交換量を求め、液位計５４によって熱交換器５３へのドレン水の注水量を管理するとともに、温度センサ５５，５６を用いてドレン水の温度を管理する。また、熱交換装置１１においては、コントローラ２０の制御のもとに、温度センサ５７，５８を用いて、熱交換前後の水素の温度を管理する。そして、熱交換装置１１においては、コントローラ２０の制御のもとに、これら液位計５４及び温度センサ５５，５６，５７，５８の検出結果に基づいて、必要に応じて三方弁６１と逆止弁５２との間に設けられたポンプ５１を作動させ、必要な熱交換量に応じたドレン水を熱交換器５３に注水することにより、タンク２から供給される水素の温度を制御する。
【００２４】
なお、熱交換装置１１においては、水素供給流路における熱交換器５３の上流側に設けられた三方弁６２をコントローラ２０によって制御することにより、タンク２から供給される水素を、熱交換器５３を介さずに燃料電池３０に供給することも可能とされる。そして、熱交換装置１１においては、熱交換器５３に注水されたドレン水を減圧弁５９によって排水圧まで減圧した上で、外部へと排水する。
【００２５】
なお、熱交換装置１１においては、ドレン水を継続して熱交換器５３に注水し続けるのではなく、注水可能なときに必要に応じて行う。すなわち、熱交換装置１１においては、ドレン水が有する熱を熱交換器５３に蓄熱し、その熱を用いて水素の熱交換を行う。
【００２６】
［高圧水素貯蔵システムの動作］
このような熱交換装置１１を備える高圧水素貯蔵システムにおいては、コントローラ２０により、例えば図５に示すような一連の手続きにしたがって燃料電池３０への水素の供給を行う。
【００２７】
すなわち、コントローラ２０は、同図に示すように、ステップＳ１において、当該高圧水素貯蔵システムを起動すると、ステップＳ２において、基本データ、すなわち、温度センサ５５，５６，５７，５８の検出値（Ｔ１，Ｔ２，Ｔｈ１，Ｔｈ２）及び電気式圧力調整弁８の指令値の測定を行う。そして、コントローラ２０は、ステップＳ３において、温度センサ５８の検出値（Ｔｈ２）、すなわち、熱交換器５３の下流側における水素の温度が目標温度に到達しているか否かを判定する。
【００２８】
ここで、コントローラ２０は、水素の温度が目標温度に到達しているものと判定した場合には、熱交換装置１１による水素の温度制御を行う必要がないことから、ステップＳ２からの処理を繰り返し行う。一方、コントローラ２０は、水素の温度が目標温度に到達していないものと判定した場合には、ステップＳ４において、目標温度にするために必要な熱量、すなわち、熱交換装置１１によって必要な熱交換量を算出する。
【００２９】
ここで、熱交換量Ｑは、熱通過率をＫとし、伝熱面積（＝熱交換器５３内の水素気泡数×水素気泡径）をＡとし、対数平均温度差をΔＴとすると、Ｑ＝Ｋ・Ａ・ΔＴで与えられる。
【００３０】
また、熱通過率Ｋは、電気式圧力調整弁８の指令値によって燃料電池３０に供給する水素流量を制御している場合には、例えば図６に示すように、当該電気式圧力調整弁８の指令値と熱交換器５３内の液位との関数で表される。
【００３１】
同様に、伝熱面積Ａも、電気式圧力調整弁８の指令値によって燃料電池３０に供給する水素流量を制御している場合には、例えば図７に示すように、当該電気式圧力調整弁８の指令値と熱交換器５３内の液位との関数で表される。
【００３２】
また、対数平均温度差ΔＴは、温度センサ５５，５６，５７，５８の検出値Ｔ１，Ｔ２，Ｔｈ１，Ｔｈ２を用いて次式（１）で表される。
【数１】
2007299675.tif 000003
【００３３】
すなわち、対数平均温度差ΔＴは、熱交換器５３の出口におけるドレン水の温度と熱交換器５３の下流側における水素の温度との差分（Ｔ２−Ｔｈ２）と、熱交換器５３の入口におけるドレン水の温度と熱交換器５３の上流側における水素の温度との差分（Ｔ１−Ｔｈ１）とに基づいて求められる。
【００３４】
したがって、コントローラ２０は、予め試験によって得られて図示しないメモリに格納されている熱通過率Ｋ及び伝熱面積Ａについての図６及び図７に示すようなマップを参照し、そのときの電気式圧力調整弁８の指令値（水素流量）に基づいて熱通過率Ｋ及び伝熱面積Ａを算出するとともに、温度センサ５５，５６，５７，５８の検出値Ｔ１，Ｔ２，Ｔｈ１，Ｔｈ２から対数平均温度差ΔＴを算出し、目標温度にするために必要な熱量Ｑを算出する。
【００３５】
コントローラ２０は、このようにして熱量Ｑを算出すると、図５中ステップＳ５において、熱量Ｑによって温度センサ５８の検出値Ｔｈ２が目標温度に到達するか否かを診断する。
【００３６】
ここで、コントローラ２０は、熱量Ｑによって温度センサ５８の検出値Ｔｈ２が目標温度に到達しないものと診断した場合には、ステップＳ６へと処理を移行し、熱交換器５３に水素が供給されるように三方弁６２を開弁制御するとともに、液位計５４によって検出された熱交換器５３内におけるドレン水の液位が目標液位に到達するまでポンプ５１を作動させる。
【００３７】
そして、コントローラ２０は、ステップＳ７において、熱交換器５３内におけるドレン水の液位が目標液位に到達するとともに、温度センサ５８の検出値Ｔｈ２が目標温度に到達するまで、熱交換装置１１による熱交換動作を行い、これら目標液位及び目標温度に到達すると、ステップＳ８において、熱交換器５３をバイパスして水素が燃料電池３０に供給されるように三方弁６２を開弁制御するとともに、ポンプ５１を停止させ、ステップＳ１２へと処理を移行する。
【００３８】
一方、コントローラ２０は、熱量Ｑによって温度センサ５８の検出値Ｔｈ２が目標温度に到達するものと診断した場合には、ステップＳ９へと処理を移行し、ポンプ５１は作動させずに、液位計５４によって検出された熱交換器５３内におけるドレン水の液位が目標液位に到達するまで熱交換器５３に水素が供給されるように三方弁６２のみを開弁制御する。
【００３９】
そして、コントローラ２０は、ステップＳ１０において、熱交換器５３内におけるドレン水の液位が目標液位に到達するとともに、温度センサ５８の検出値Ｔｈ２が目標温度に到達するまで、熱交換装置１１による熱交換動作を行い、これら目標液位及び目標温度に到達すると、ステップＳ１１において、熱交換器５３をバイパスして水素が燃料電池３０に供給されるように三方弁６２を開弁制御し、ステップＳ１２へと処理を移行する。
【００４０】
コントローラ２０は、当該高圧水素貯蔵システムの停止指令が与えられるまで、ステップＳ２乃至ステップＳ１１の制御動作を繰り返し行い、ステップＳ１２において、停止指令が与えられると、一連の処理を終了する。
【００４１】
高圧水素貯蔵システムにおいては、このような一連の手続きを経ることにより、水素を加熱及び加湿した状態で燃料電池３０に供給することができる。
【００４２】
［実施の形態の効果］
以上、詳細に説明したように、本発明の実施の形態として示した高圧水素貯蔵システムにおいては、燃料電池３０による水素と酸素との発電反応によって生成されたドレン水を、減圧弁７よりも上流側における水素供給流路に設けられた熱交換装置１１に取り込み、減圧弁７よりも上流側における水素供給流路を流れる水素とドレン水とを熱交換装置１１によって直接気液接触させて熱交換する。
【００４３】
これにより、この高圧水素貯蔵システムにおいては、ドレン水を利用して水素を加熱及び加湿することができるため、断熱膨張による水素の温度降下を抑制することができる。したがって、この高圧水素貯蔵システムにおいては、流量抑制運転や水素の供給停止動作を行う必要がなくなり、出力低下、例えば、車両に搭載されている場合には、車両としての出力低下を防止することができる。
【００４４】
また、この高圧水素貯蔵システムにおいては、減圧弁７の上流側に熱交換装置１１を設けることにより、タンク２の下流における部品温度のシール剤耐熱温度の下限界値である−４０℃以上での水素供給を行うことが可能となる。
【００４５】
さらに、この高圧水素貯蔵システムにおいては、熱交換装置１１によって水素を加熱及び加湿した状態で燃料電池３０に供給することから、当該燃料電池３０内部の反応膜を保護することができ、発電効率を効果的に維持することが可能となる。さらにまた、この高圧水素貯蔵システムにおいては、水素とドレン水とを熱交換装置１１によって直接気液接触させて熱交換することから、伝熱面の腐食といった通常の隔壁式熱交換器において生じる問題の発生を回避することができる。
【００４６】
また、この高圧水素貯蔵システムにおいて、熱交換装置１１は、ドレン水内に水素を噴射する噴射口としての水素ノズル５３ａを有し、この水素ノズル５３ａは、所望の水素気泡径よりも小さい径からなる複数の孔から水素を噴射させるものとすることにより、伝熱面積を多くすることができ、水素温度の上昇を促進することができる。
【００４７】
さらに、この高圧水素貯蔵システムにおいて、熱交換装置１１は、ドレン水内に水素を噴射する噴射口としての水素ノズル５３ｂを有し、この水素ノズル５３ｂは、ドレン水内で水素気泡の旋回流を発生させるように複数設けられたものとすることにより、熱交換時間を増大させることができ、さらなる水素温度の上昇を促進することができる。
【００４８】
さらにまた、この高圧水素貯蔵システムにおいて、熱交換装置１１は、ドレン水を水素供給流路に導くためのポンプ５１と、燃料電池３０側へのドレン水の逆流を防止するための逆止弁５２と、ドレン水と水素とを気液接触させて熱交換する熱交換器５３と、この熱交換器５３内に注水されたドレン水の液位を検出する液位計５４と、逆止弁５２と熱交換器５３とを接続する流路を流れるドレン水の温度を検出する温度センサ５５と、熱交換器５３内のドレン水の温度を検出する温度センサ５６と、水素供給流路における熱交換器５３の上流側及び下流側を流れる水素の温度をそれぞれ検出する温度センサ５７，５８と、熱交換器５３のドレン水排水口の圧力を排水圧まで減圧する減圧弁５９と、熱交換器５３側へのドレン水の逆流を防止するための逆止弁６０と、熱交換器５３による熱交換の不要時に当該熱交換器５３をバイパスしてドレン水を排水するための三方弁６１と、熱交換器５３による熱交換の不要時に当該熱交換器５３をバイパスして水素を燃料電池３０に供給するための三方弁６２とを有する。
【００４９】
これにより、この高圧水素貯蔵システムにおいては、水素温度の加温を実行し続けるのではなく必要に応じて行うことができ、また、水素温度の制御に必要となる水素やドレン水の温度を適切に監視することができる。
【００５０】
また、この高圧水素貯蔵システムにおいて、コントローラ２０は、温度センサ５６によって検出されたドレン水の温度と温度センサ５８によって検出された水素の温度との差分と、温度センサ５５によって検出されたドレン水の温度と温度センサ５７によって検出された水素の温度との差分とに基づいて求められる対数平均温度差ΔＴと、熱交換装置１１における熱通過率Ｋ及び伝熱面積Ａとに基づいて、温度センサ５８によって検出された水素の温度を目標温度にするために当該熱交換装置１１によって必要な熱交換量Ｑを算出する。
【００５１】
そして、コントローラ２０は、算出した熱交換量Ｑに応じて、熱交換器５３内におけるドレン水の液位が目標液位に到達するとともに、温度センサ５８によって検出された水素の温度が目標温度に到達するまで、熱交換器５３に水素が供給されるように三方弁６２及び／又はポンプ５１を制御する。
【００５２】
このように、この高圧水素貯蔵システムにおいては、供給される水素温度の加温の要否を判定し、必要な場合にのみ熱交換装置１１を作動させることから、不要な電力消費を抑制することができ、また、水素を確実に目標温度に昇温することができる。
【００５３】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施の形態に限定されることはなく、この実施の形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態として示す高圧水素貯蔵システムの構成について説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態として示す高圧水素貯蔵システムの構成について説明する図であり、熱交換装置の構成について説明するための図である。
【図３】熱交換器の具体例を説明する図である。
【図４】熱交換器の他の具体例を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態として示す高圧水素貯蔵システムにおいて、燃料電池に水素を供給する際の一連の処理を説明するフローチャートである。
【図６】熱通過率のマップの具体例を説明する図である。
【図７】伝熱面積のマップの具体例を説明する図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  充填カプラ
２  タンク
３，５２，６０  逆止弁
４，６  遮断弁
５  溶栓弁
７，５９  減圧弁
８  電気式圧力調整弁
９，１０  圧力センサ
１１  熱交換装置
１２  ヒータ
２０  コントローラ
３０  燃料電池
３１  ドレンタンク
３２  フィルタ
３３，５５，５６，５７，５８  温度センサ
３４，５４  液位計
５１  ポンプ
５３  熱交換器
６１，６２  三方弁
【図１】
2007299675.tif 000004
【図２】
2007299675.tif 000005
【図３】
2007299675.tif 000006
【図４】
2007299675.tif 000007
【図５】
2007299675.tif 000008
【図６】
2007299675.tif 000009
【図７】
2007299675.tif 000010